Clefs n°58 Automne 2009
Clefs n°58 Automne 2009
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°58 de Automne 2009

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 168

  • Taille du fichier PDF : 7,3 Mo

  • Dans ce numéro : dans les secrets de l'Univers.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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48 L’astrophysique et l’exploration de l’Univers Un trou noir mystérieux Le centre de notre Galaxie vu par Chandra, le satellite de la NASA dédié à l'observation dans le domaine des rayonsX. Au cœur se cache un trou noir géant. Un astre exceptionnel est tapi au cœur de la Voie lactée, vers la constellation du Sagittaire (1). Cette région complexe et violente, dissimulée au regard par la matière interstellaire, peut néanmoins être observée dans les domaines des ondes radio, infrarouge, X et gamma. C’est ainsi que les astronomes y ont détecté un trou noir supermassif, d’environ quatre millions de masses solaires. À partir de 1992, les observations en infrarouge, réalisées sur une période d'une quinzaine d'années, d’une poignée d’étoiles situées en plein centre galactique et parcourant très rapidement des orbites elliptiques autour du même point, ont définitivement démontré sa présence. (1) Le centre dynamique et de symétrie de notre Galaxie est situé dans l’hémisphère céleste austral, à environ 26 000 années-lumière de la Terre. (2) Rayon d'horizon : surface sphérique entourant la singularité centrale d’un trou noir. Rien de ce qui pénètre à l’intérieur, pas même la lumière, ne peut s’en échapper. CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 Un tel mouvement ne peut en effet s’expliquer que par l’attraction d’une masse de plusieurs millions de fois celle du Soleil… concentrée dans un rayon inférieur à 100 fois la distance Terre-Soleil, soit 15 milliards de kilomètres. Aucun 5’35 années-lumière NASA/CXC/MIT/F. K. Baganoff et al. Figure 1. Image radio du centre de la Galaxie montrant la nébuleuse spirale et la source compacte Sgr A* (point blanc au centre de l’image). système aussi compact ne peut résister à l’effondrement gravitationnel : il s’agit donc forcément d’un trou noir géant. Son rayon d’horizon (2) est estimé à seulement 17 fois le rayon du Soleil. De par sa puissance gravitationnelle, il domine la dynamique de la matière dans un rayon de plusieurs années-lumière, et peut notamment capturer une partie du vent stellaire des étoiles de la région. Tombant vers le trou noir, cette matière décrit une trajectoire spirale en formant un disque d’accrétion. Elle atteint des températures très élevées et émet des ondes électromagnétiques de diverses fréquences, avant de disparaître. C’est ainsi qu’en 1974, des observations radio (menées depuis les années 1950) ont découvert là une source d’émissions compacte, brillante et variable, au centre d’une nébuleuse spirale diffuse (figure 1). Nommée Sagittarius A* (Sgr A*), cette source se situe exactement au foyer des éruption de Sgr A* AX J1745.6-2901 Figure 2. Le centre de la Galaxie vu par le télescope XMM-Newton en avril 2007 (caméra EPIC PN, rayons X de 2 à 10 keV), avant (à gauche) et pendant (à droite) une éruption X de Sgr A*. La position de la source radio Sgr A* est indiquée et témoigne que l’éruption X est bien associée au trou noir – non pas à d’autres objets comme la source AX J1745.6-2901. NSF/VLA/F. Yusef-Zadeh (NWU) G. Trap/CEA
orbites des étoiles observées en infrarouge, et est donc considérée aujourd’hui comme la contrepartie du trou noir central. Un déficit d’émissions Malgré son éclat radio remarquable, cet objet émet une puissance totale très inférieure aux prévisions. C’est pourquoi les astronomes des hautes énergies cherchent depuis trois décennies sa contrepartie dans les domaines X et gamma, rayons énergétiques émis par les régions internes et chaudes du flot d’accrétion et qui portent les stigmates des effets relativistes dus au trou noir. En 1999, l’obser vatoire X Chandra de la NASA a enfin décelé une faible émission X persistante. Un milliard de fois moins intense que prévu, elle indique que la matière n’est pas accrétée au taux attendu. Néanmoins la découverte la plus spectaculaire de ces dernières années a été la détection, en 2000 et dans les années suivantes, de violentes éruptions X au cours desquelles la luminosité augmente jusqu'à 150 fois durant quelques heures. Des équipes du Service d’astro physique du CEA/Irfu et de l’APC ont étudié plusieurs éruptions de Sgr A*, en mesurant simultanément les émissions X (observatoire spatial XMM-Newton de l'ESA), infrarouge (té les cope VLT de l’ESO au Chili) et gamma (télescope IBIS de l’observatoire spatial INTEGRAL de l'ESA) ; voir Voyage dans les lumières de l'Univers, p.90. La dernière campagne a observé, en X et en infrarouge proche, la deuxième plus brillante éruption connue de Sgr A* (figure 2). L’absence de signal gamma à cette occasion indique que l’émission gamma du centre galactique, récemment découverte par INTEGRAL (figure 3), n’est pas directement liée à ces éruptions. Elle révèle néanmoins la présence d’un puissant accélérateur cosmique de particules, dont la relation avec le trou noir central reste à élucider. Il faudra attendre la mise en opération de télescopes spatiaux X/gamma de nou - velle génération pour en savoir plus (voir Simbol-X, pionnier des vols en formation, p.108). > Andrea GoldwurmService d'astrophysique (SAp) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Direction des sciences de la matière (DSM) Unité mixte de recherche astroparticule et cosmologie (CNRS-Université Paris 7-CEA) CEA Centre de Saclay (Orme des Merisiers) Image du centre galactique prise avec la caméra infrarouge NACO montée au foyer du télescope Yepun du Very Large Telescope (VLT) de l’ESO, installé sur le mont Paranal au Chili. Elle montre les étoiles les plus lumineuses de la région qui nourrissent, avec leurs puissants vents stellaires, le trou noir central. Figure 3. Image (avec contours d’intensité) de la région centrale de la Galaxie enregistrée par le télescope IBIS d’INTEGRAL (rayons gamma de 20 à 40 keV). La position de Sgr A* est indiquée et montre que la source gamma au centre pourrait être liée au trou noir supermassif. Les autres sources gamma visibles sont pour la plupart associées à des systèmes binaires X connus, dont le microquasar 1E 1740.7-2942. ESO CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 49 G. Bélanger/CEA ESO



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